KR20000029903A - 용량성액츄에이터를구동시키기위한장치및방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 용량성 액츄에이터(P)를 구동시키기 위한 장치 특히, 충전 커패시터(C)를 가진 마이크로프로세서-제어된 제어 회로(ST)에 내부 연소 엔진의 압전적으로 동작하는 연료 주입 밸브에 관한 것이고, 충전 커패시터는 에너지원(V)에 의해 재충전될 수 있으며 제어 회로(ST)에 의해 제어된 스위치(X1-X4)를 통해 적어도 하나의 액츄에이터를 충전시키고, 상기 액츄에이터는 다시 방전된다.
Description
유럽 특허번호 제 0 464 443 A1호에 커패시터로부터 충전 코일을 통해 충전되는 압전 액츄에이터에 관해 개시되어 있다. 압전 액츄에이터를 방전시키는 동안, 공급된 에너지의 일부가 방전 코일을 통해 커패시터로 궤환되는 반면 다른 일부 또한 방전 코일을 통해 열로 전환된다. 방전동안, 압전 액츄에이터에 음의 전압이 인가된다.
독일 특허번호 제 36 21 541 C2호에 전원에 접속된 직렬 회로를 통해 충전되며, 두 개의 커패시터와 충전 코일로 구성되고 및 방전 코일을 통해 두 개의 커패시터중 하나로 방전되는 연료 주입 밸브의 압전 액츄에이터를 위한 구동 회로에 관해 개시되어 있다. 선택적인 설계에서, 액츄에이터는 전원에 접속된 커패시터와 충전 코일을 통해 충전되고, 방전동안 압전 액츄에이터내에 저장된 에너지는 방전 코일에 의해 소멸된다.
본 발명의 목적은 가능한 한 오랫동안 손실없이 구동되고 간단하게 설계되는 적어도 하나의 용량성 액츄에이터를 구동시키기 위한 장치를 제공하는 것이고, 이러한 장치를 통해 액츄에이터에 걸리는 전압값을 여러 다른 원하는 값으로 설정할 수 있으며 및 액츄에이터에 음의 전압이 인가되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 목적은 청구항 1 또는 청구항 2의 특징에 의해 구현된다. 추가의 바람직한 실시예는 이들의 종속항을 통해 구현된다.
본 발명의 실시예는 이하의 도면을 참조로한 상세한 설명을 통해 이해될 수 있다.
본 발명은 적어도 하나의 용량성 액츄에이터를 구동시키기 위한 장치 특히, 청구항 1 또는 2의 특징에 따른 내부 연소 엔진의 압전적으로 동작하는 연료 주입 밸브에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 회로를 도시한다.
도 2는 도 1의 실시예를 구동시키는 방법에 대한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 회로를 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 회로를 도시한다.
도 1은 일반적으로 마이크로프로세서에 의해 제어되는 제어 회로(ST)로 압전 액츄에이터(P)를 통해 내부 연소 엔진의 개별 연료 주입 밸브(상세히 도시 안됨)를 구동시키기 위한 블럭도이다.
에너지원의 양극(+V)과 음극(GND) 사이에 충전 커패시터(C)와 한쪽 방향으로만 전류를 통과시키도록 제어된 전자 에너지 스위치(X1)로 구성된 직렬 회로가 접속된다.
추가의 설명으로 스위치(X1-X4)에 관해 언급하자면, 이들은 전자 스위치 바람직하게는 사이리스터 스위치이고, 한쪽 방향으로만 전류를 통과시키며, 적어도 하나의 반도체 엘리먼트로 구성되고 및 제어 회로(ST)에 의해 구동된다.
에너지 스위치(X1)의 도전 상태에서, 충전 커패시터(C)가 에너지원(V)에 의해 충전된다. 이는 원리적으로는 충전 커패시터에 걸리는 전압(Uc)이 에너지원에 인가되는 전압(V)보다 낮은 한은 수행될 수 있다.
에너지 스위치(X1)에 접속된 링-어라운드(ring-around) 코일(L)과 충전 정지 스위치(X3)로 구성된 직렬 회로가 충전 커패시터와 병렬로 접속되고, 이들의 기능은 이후에 설명될 것이다.
링-어라운드 코일(L)로 나오는 방향으로 전류를 통과시키는 충전 스위치(X2)와 링-어라운드 코일(L)쪽 방향으로 전류를 통과시키는 방전 스위치(X4)로 구성된 병렬 회로 및 다이오드(D)와 충전 스위치(X2)쪽 방향으로 전류를 통과시키는 액츄에이터(P)로 구성된 병렬 회로를 포함하는 직렬 회로를 갖는 액츄에이터 회로(S)가 충전 정지 스위치(X3)와 병렬로 배치된다.
이러한 실시예에서, 스위치(X1-X4)는 액츄에이터(P)에 걸리는 전압을 위해 미리 설정된 원하는 값 Us(이는 또한 차례로 예를 들면, 연료의 예비주입과 주주입으로 활성화되는 다수의 값일 수도 있다)와 이러한 전압의 실제값 Up를 가진 외부 제어 신호(st)의 기능을 하는 마이크로프로세서-제어 회로(ST)에 의해 제어된다. 액츄에이터의 위치는 또한 액츄에이터 전압 대신에 사용될 수 있다.
장치를 동작시키기 위한 방법은 도 2에 도시된 순서도를 참조한 도 1의 회로에 대해 설명되는데, 순서도는 충전 커패시터(C)가 완전히 충전되고, 모든 스위치(X1-X4)가 비도전 상태이며, 및 링-어라운드 코일(L)에 전류가 통하지 않는 상태인 초기 상태(상태 Ⅰ)로부터 시작된다.
외부 제어 신호(st=01)(상태 Ⅱ)에서 시작하여, 충전 스위치(X2)는 트리거된다(도전 상태로 제어된다). 결과적으로, 충전 커패시터(C)가 링-어라운드 코일(L)을 통해 (커패시터와 같은 역할을 하는) 액츄에이터내로 방전하기 시작하여 상기 액츄에이터를 충전시키고(상태 Ⅲ), 그 결과 압전 액츄에이터의 길이가 변한다. 액츄에이터에 걸리는 전압 Up가 증가하고, 이는 제어 회로(ST)에 전달된다(도 1에서 화살표로 표시됨).
전압 Up가 원하는 값 Us에 도달하자마자(상태 Ⅳ), 충전 동작이 종결되어 충전 스위치(X2)가 비도전 상태 즉, X2=0이 되고, 충전 정지 스위치(X3)는 도전 상태가 된다(X3=1, 상태 Ⅴ). 공진 회로 L-C는 링-어라운드 코일(L)에 전류가 흐르지 않을 때까지 발진을 계속한다.
액츄에이터의 충전 상태는 제어 신호(st)가 존재하는 한 유지된다. 이러한 신호가 소멸되면(st=0, 상태 Ⅵ), 액츄에이터는 방전되어야만 한다. 이를 위해, 충전 정지 스위치가 비도전 상태, X3=0이 되고, 방전 스위치가 도전 상태 X4=1이 된다(상태 Ⅶ). 액츄에이터(P)는 링-어라운드 코일(L)을 통해 충전 커패시터(C)로 방전된다. 만일 액츄에이터가 다이오드(D)의 임계 전압 이하로 방전되면, 커패시터가 전류를 공급하기 시작하고, 공진 회로 L-C는 링-어라운드 코일에 전류가 흐르지 않을 때까지 발진을 계속한다. 스위치(X4)는 비도전 상태로 제어된다.
손실없이, 동일한 전압(Uc)이 초기 상태 Ⅰ에서와 같이 충전 커패시터(C)에 걸릴 것이다. 하지만, 사실 손실때문에 약간 낮은 값이 되고, 그 결과 본 실시예에서 방전 동작이 종결된 이후에 스위치(X2-X4)가 스위칭되어 새로운 방전 싸이클이 시작하기 전에 충전 커패시터(C)를 재충전시킨다.
도 3은 다수의 액츄에이터(P1-Pn)를 구동시키는 것을 제외하고는 원리적으로 도 1의 회로와 일치하는 회로를 도시한다. 이러한 회로에서, 에너지원(V), 에너지 스위치(X1), 충전 커패시터(C1), 링-어라운드 코일 및 충전 정지 스위치(X3)가 도 1의 회로의 경우와 같이 접속되고 앞에서 설명된 것과 같은 역할을 한다. 하지만, 제어 회로(ST)는 다시 도시되지 않는다.
제 1 액츄에이터(P1)에서, 충전 스위치(X2) 대신에 충전 스위치(X2.1), 다이오드(D) 및 방전 스위치(X4)를 가진 액츄에이터 회로(S1)는 도 1에 도시된 것과 동일하지만, 도 1의 하나의 액츄에이터만을 구동시키는데 요구되지 않았던 방전 스위치쪽으로 전류를 인도하는 다이오드(D2.1)를 통해 액츄에이터(P1)와 방전 스위치(X4) 사이가 접속된다는 점과 각각의 추가의 액츄에이터(P2-P4)에 대해 추가의 충전 스위치(X2.2-X2.n)와 추가의 다이오드(D2.2-D2.n)가 적절한 회로내에 제공된다는 점이 다르다.
제어 회로에 의해 구동되는 충전 스위치(X2.1-X2.n)는 충전될 액츄에이터를 선택하고, 다이오드(D2.1-D2.n)는 이들로부터 선택된 액츄에이터중 하나를 제외한 다른 것들이 충전되는 것을 방지한다. 공통 방전 스위치(X4)가 도전 상태로 제어될 때 각각의 액츄에이터는 자신에게 할당된 다이오드(D2.1-D2.n)를 통해 방전된다. 만일 개별 액츄에이터가 다이오드(D)의 임계 전압 이하로 방전된다면, 다이오드는 전류를 차단하고, 공진 회로 L-C는 링-어라운드 코일(L)에 전류가 흐르지 않을 때까지 발진을 계속한다.
도 4는 도 3의 회로에 비해 감소된 비용의 다수의 액츄에이터를 구동시키기 위한 추가의 회로를 도시한다. 또한, 제어 회로(ST)는 도시되지 않았다.
도 3에 따른 회로는 각각의 사이리스터 스위치(X2.1-X2.n)를 트리거하는 고가의 변압기를 요한다. 만일 이들 대신에 예를 들면, 전력 MOSFET 스위치와 같은 간단한 선택 스위치(T1-Tn)를 사용한다면, 이러한 변압기는 필수적이다. 다음으로 회로는 도 1에 해당하는 회로와 같이 간단한 회로로 간략해질 수 있고, 여기서 액츄에이터(P)가 액츄에이터(P1)와 할당된 선택 스위치(T1)로 구성된 직렬 회로로 대체되고, 방전 방향으로 전류를 통과시키고 사용시 MOSFET 스위치내에 통합되는 다이오드(D1)와 선택 스위치(T1)의 스위칭 정션이 병렬로 접속된다.
액츄에이터(P2-Pn), 선택 스위치(T2-Tn) 및 다이오드(D2-Dn)로 구성된 이러한 직렬 회로는 각각의 추가의 액츄에이터(P2-Pn)에 대해 제 1 액츄에이터(P1)를 위한 직렬 회로(P1-T1-D1)와 병렬로 접속된다.
이러한 회로를 동작시키는 모드는 도 1과 도 3에 따른 회로의 모드와 일치하고, 예를 들면, P1인 액츄에이터가 동작하는 동안, 할당된 선택 스위치(T1)는 적어도 충전 스위치(X2)가 도전 상태이도록 제어되는 동안은 도전 상태를 이루도록 제어되어야 한다.
액츄에이터(P1)의 방전동안, 전류는 액츄에이터로부터 방전 스위치(X40), 링-어라운드 코일(L), 방전 커패시터(C) 및 다이오드(D1)로 흐른다. 만일 액츄에이터가 다이오드(D)의 임계 전압 이하로 방전되면, 다이오드는 전류를 차단하고, 공진 회로 L-C는 링-어라운드 코일에 전류가 흐르지 않을 때까지 발진을 계속한다.
양 충전 스위치와 방전 스위치에 대한 및 선택 스위치에 대한 간단한 변형을 통해 도 1, 도 3 및 도 4에 도시된 회로는 전제조건에 따라 액츄에이터가 음극(GN D)(도 1과 도 3의 하단부를 참조)에 접속되거나 또는 양극(+V)(도 4의 상단부를 참조)에 인접하여 위치할 수 있다.
Claims (5)
- 적어도 하나의 용량성 액츄에이터(P)를 구동시키는 장치에 있어서,-에너지원(V)의 양극(+V)과 음극(GND) 사이에 위치하며, 상기 에너지원(V)에 의해 에너지 스위치(X1)를 통해 재충전될 수 있는 충전 커패시터(C);-상기 충전 커패시터(C)와 병렬로 위치하며, 상기 에너지 스위치(X1)에 접속된 링-어라운드 코일(L) 및 충전 정지 스위치(X3)를 구비하는 직렬 회로; 및-상기 충전 정지 스위치(X3)와 병렬로 위치하는 액츄에이터 회로(S, S1)를 포함하며, 상기 액츄에이터 회로(S, S1)는-상기 링-어라운드 코일(L)의 일측면에 접속되며, 상기 링-어라운드 코일(L)에 전류를 인도하는 방전 스위치(X4);-상기 각각의 액츄에이터에 대해, 상기 링-어라운드 코일(L)에 접속되며, 상기 링-어라운드 코일(L)로부터 나오는 전류를 인도하는 충전 스위치(X2.1-X2.n), 상기 액츄에이터(P1-Pn) 및 상기 액츄에이터(P1-Pn)와 상기 방전 스위치(X4)의 다른 측면 사이에 위치하며 방전 방향으로 전류를 인도하는 다이오드(D2.1-D2.n)로 구성된 직렬 회로; 및-상기 액츄에이터(P1)와 병렬로 접속되고 상기 액츄에이터에 할당된 상기 충전 스위치(X2.1)쪽 방향으로 전류를 통과시키는 다이오드(D)를 구비하는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
- 제어 회로(ST)에 의해 내부 연소 엔진의 압전적으로 동작하는 연료 주입 밸브인 적어도 하나의 용량성 액츄에이터(P1-Pn)를 구동시키는 장치에 있어서,-에너지원(V)의 양극(+V)과 음극(GND) 사이에 위치하며, 상기 에너지원(V)에 의해 에너지 스위치(X1)를 통해 재충전될 수 있는 충전 커패시터(C);-상기 충전 커패시터(C)와 병렬로 위치하며, 상기 에너지 스위치(X1)에 접속된 링-어라운드 코일(L) 및 충전 정지 스위치(X3)를 구비하는 직렬 회로;-상기 충전 정지 스위치(X3)와 병렬로 위치하며, 상기 링-어라운드 코일(L)로 전류를 통과시키는 방전 스위치(X4)와 상기 링-어라운드 코일(L)로부터 나온 전류를 통과시키는 충전 스위치(X2)를 갖는 병렬 회로 및 다이오드(D)로 구성된 직렬 회로를 구비하는 액츄에이터 회로(S2); 및-상기 각각의 액츄에이터(P1-Pn)에 대해, 상기 다이오드(D)와 병렬로 위치하도록 제공되며, 상기 액츄에이터(P1-Pn) 및 상기 액츄에이터에 할당되며, 상기 제어 회로(ST)에 의해 제어되고, 방전 방향으로 전류를 인도하는 다이오드(D1-Dn)에 의해 브리지되는 스위칭 정션을 가진 전자 선택 스위치(T1-Tn)로 구성된 직렬 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,상기 에너지 스위치(X1), 상기 충전 스위치(X2, X2*, X2.1-X2.n) 및 상기 방전 스위치(X4, X4*)는 한쪽 방향으로만 전류를 통과시키고 적어도 하나의 반도체 엘리먼트를 갖는 제어된 전자 스위치를 구비하는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,-상기 각각의 액츄에이터(P, P1-Pn)의 위치 또는 상기 각각의 액츄에이터(P, P1-Pn)에 걸리는 전압(Up)에 대해 적어도 하나의 원하는 값(Us1-Usn)이 상기 제어 회로(ST)에 대해 미리 설정될 수 있거나 또는 그 안에 저장될 수 있고; 및-상기 제어 회로(ST)는 상기 각각의 액츄에이터(P, P1-Pn)의 위치 또는 상기 각각의 액츄에이터(P, P1-Pn)에 걸리는 전압(Up) 및 상기 액츄에이터의 상기 위치와 상기 전압에 대한 상기 각각의 원하는 값(Us1-Usn)으로부터 외부 제어 신호(st)의 기능으로서 상기 충전 스위치(X2, X2.1-X2.n), 상기 충전 정지 스위치(X3), 상기 방전 스위치(X4) 및 선택 스위치(T1-Tn)를 위한 제어 명령을 출력하는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 장치.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 장치를 동작시키는 방법에 있어서,-상기 제어 신호(st)의 시작과 더불어, 구동될 상기 액츄에이터(P, P1-Pn)가 상기 충전 커패시터(C)로부터 재충전되어 상기 액츄에이터에 걸리는 상기 전압(Up)이 상기 미리 설정된 원하는 값(Us)에 도달할 때까지 상기 링-어라운드 코일(L)을 통해 상기 에너지원(V)에 의해 충전되며;-상기 충전의 상태(Up=Us)가 상기 제어 신호(st)의 종료까지 유지되며;-상기 제어 신호(st)의 종료와 더불어, 상기 액츄에이터는 상기 충전 커패시터(C)로 방전되고; 및-상기 충전 커패시터(C)는 상기 방전 동작에 따라 상기 에너지원(V)에 의해 재충전되는 것을 특징으로 하는 용량성 액츄에이터 구동 방법.
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